一种用于去除水体中无机汞的新型氧化石墨烯/铁锰氧化物复合材料及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于水处理技术领域，涉及一种用于去除水体中无机汞(Hg2+)的新型氧化石墨烯/铁锰氧化物复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]汞是自然界中最易生物积累的有毒重金属之一。其中Hg2+是自然水体中最主要的无机汞形式，甲基汞通常经硫酸盐还原菌在缺氧条件下将Hg2+甲基化形成，在机体内持久存在且可以通过食物链生物富集。去除水体中Hg2+的技术很多，包括化学沉淀、溶剂萃取、胶结作用、超滤、混凝、离子交换、光催化和吸附等。其中，吸附被认为是最有前景的技术，具有低成本、易于操作和易于设计等优点。多种吸附剂被应用于水体中Hg2+的去除，例如生物炭、活性炭、硫化亚铁、金属氧化物(比如，二氧化硅包裹的磁铁矿，α-FeOOH，γ -Al2O3，β_Α1 (OH)3，MnO，和MnOx)。然而，这些吸附剂也有很多缺点，比如，机械强度低、水热稳定性差、与重金属结合的化学键较弱、当汞的浓度较低时去除效率下降等。因此，有必要研制一种既具有高吸附能力，同时对低浓度Hg2+具有良好去除效果的环境友好型吸附剂。
[0003]氧化石墨烯作为近年来备受瞩目的纳米材料，具有单层石墨结构，巨大的理论比表面积，高机械强度和丰富的官能团，可以由廉价的石墨粉批量生产。这些独特的性质使得氧化石墨烯复合材料在环境污染修复中的应用前景广阔。关于氧化石墨烯复合材料去除水体中重金属的报道很多，比如氧化石墨烯/四氧化三铁复合材料去除As'As'Cr6+和Hg2+，氧化石墨烯/氢氧化铁复合材料去除As5+，巯基化氧化石墨烯/磁性壳聚糖复合材料去除Hg2+ 等。文南犬 “X.Lu，X.Huangfu，J.Ma，Removal of trace mercury (11) from aqueoussolut1n by in situ formed Mn_Fe(hydr)oxides，J Hazard Mater,280(2014)71-78.^报道了原位形成的铁猛氧化物(Fe-Mn oxides)通过表面络合和絮凝沉淀的机理高效去除低浓度(30yg/L)的无机汞(Hg2+)，当铁锰氧化物投加量为40mg Fe/L(Mn/Fe摩尔比为0.33)时，汞去除率为80%。氧化石墨烯与铁锰氧化物复合，可以结合两者独有的优势，在水处理领域发展前景广阔。
【发明内容】
[0004]1.本发明所述的新型氧化石墨烯/铁锰氧化物复合材料，其特征在于:所述氧化石墨烯通过其表面的含氧官能团(即C = O，C-O-C ,O = C-O, C-O)及JT-JT键的作用与铁锰氧化物相结合，使铁锰氧化物高度分散。
[0005]2.本发明所述的新型氧化石墨烯/铁锰氧化物复合材料，其特征在于:所述氧化石墨稀/铁猛氧化物复合材料中，猛和铁的摩尔比为0.33，铁和氧化石墨稀的质量比为1/7.5。
[0006]3.本发明所述的新型氧化石墨烯/铁锰氧化物复合材料，其特征在于:制备步骤简便。
[0007]新型氧化石墨烯/铁锰氧化物复合材料的制备:在氮气条件下，向氧化石墨烯悬浊液中缓慢加入硫酸亚铁溶液。混匀后，边磁力搅拌边逐滴加入高锰酸钾溶液，立即调整pH为
7.5。此时，铁锰氧化物形成深褐色絮状沉淀，由于氧化石墨烯表面的含氧官能团(S卩C = 0，C-0-C，0 = C-0，C-0)和3T-3T键的作用，铁锰氧化物高度分散在氧化石墨烯片层结构的表面。持续磁力搅拌I小时确保充分反应，静置12小时使材料充分生长，得到氧化石墨烯/铁锰氧化物复合材料悬浊液。
[0008]4.本发明所述的新型氧化石墨烯/铁锰氧化物复合材料，其特征在于，应用于去除水体中的无机汞(Hg2+)，当Hg2+初始浓度为lmg/L，Fe/G0质量比为l/7.5，Mn/Fe摩尔比为0.33(8mg Fe/L)，pH=7.0±0.2，离子强度为0.0lM NaNO3，混合24h后汞的去除率为89%。
[0009]5.本发明所述的无机汞(Hg2+)的检测所用原子荧光(吉天AFS-830)检测条件如下:负高压:270V;原子化器高度:8mm ；灯电流:30mA ；载气流量:300mL/min ；屏蔽气流量:800mL/
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【具体实施方式】
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[0010]结合以下具体实施案例进一步阐明本发明。需理解，以下实施方式仅用于解释本发明，而不限制本发明的适用范围。下列实施方式中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件操作。
[0011]实施例:
[0012]本实施提供了一种简便的新型氧化石墨烯/铁锰氧化物复合材料的制备方法，并将其应用于水体中无机汞(Hg2+)的吸附。新型氧化石墨烯/铁锰氧化物复合材料的制备工序比较简单:取24mL氧化石墨烯悬浊液(2g G0/L)加入360mL去离子水中，在氮气条件下，缓慢加入8mL硫酸亚铁贮备液(0.8g Fe/L)，磁力搅拌使硫酸亚铁与氧化石墨烯充分混合。边磁力搅拌边逐滴加入SmL高锰酸钾贮备液(0.26g Mn/L)，混合均匀后，立即调整pH为7.5。此时，铁锰氧化物形成深褐色絮状沉淀，并高度分散在氧化石墨烯片层结构的表面。持续磁力搅拌I小时确保充分反应，静置12小时使材料充分生长，得到新型氧化石墨烯/铁锰氧化物复合材料悬浊液，标记为GO/Fe-Μη。此时，Mn/Fe摩尔比为0.33，Fe/G0质量比为I /7.5。
[0013]通过透射电子显微镜(TEM)观察复合材料表面形态，结果如图1A(Fe-Mn)，B(G0)，C(G0/Fe-Mn)，D(G0/Fe-Mn高倍放大图)所示，纯铁锰氧化物(Fe-Mn)絮凝团聚，呈棉絮状;纯氧化石墨烯(GO)呈片层结构，相互叠加;而氧化石墨烯/铁锰氧化物复合材料(GO/Fe-Mn)则为铁锰氧化物颗粒高度分散在氧化石墨烯表面，铁锰氧化物颗粒尺寸明显减小。通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)对比Fe-Mn、G0和GO/Fe-Mn表面官能团种类变化，结果如图2所示，GO/Fe-Mn合成机制是通过氧化石墨稀表面的含氧官能团(即C = O，C-O-C，0 = C-0，C-0)和JT-π键的作用。
[0014]为了考察不同质量GO对GO/Fe-Mn复合材料去除水体中无机汞(Hg2+)效果的影响，将实验分组设置如下:(I )Fe-Mn (对照组)；(2 )Fe_M